基于联合仿真技术的秸秆粉碎装置设计与研究

【摘要】：每到收获季节，大量多余的秸秆便随处堆放，影响下茬作物播种和栽种，焚烧秸秆成为农民处理多余秸秆最简单和最方便的方式，但这样却带来了严重环境污染。因此，在做好秸秆有效利用上，已引起社会的广泛关注。秸秆中含有作物生长所必需的各种矿物质营养元素及有机质成分，是一种完全肥料。从发展循环农业角度考虑，秸秆还田是一项具有重要意义的作业模式。把秸秆粉碎机直接配套联合收割机使用，可以实现一次性秸秆抛洒还田，可以很好的地解决收获期农时和劳力的矛盾，使秸秆直接抛洒还田技术成为解决秸秆焚烧地有效方法。基于以上目的，本文主要进行了以下几个方面的研究：首先，鉴于农机产品的特殊性，试制的样机只能选择在收获期进行田间实验。这样就对农机的设计研发提出了更高的要求。基于秸秆还田循环利用的需要，以高效、节能为目标，研究现有的秸秆粉碎方法和原理、秸秆粉碎机切碎特性，确定了秸秆粉 碎机的设计方案，设计了一款配套联合收割机使用的秸秆粉碎机。 其次，本文中把刚柔耦合联合分析方法，应用于农业机械中，使用CATIA和ADAMS软件建立粉碎机的虚拟样机动力学模型，并对其进行了多体动力学仿真。利用ADAMS软件输出的载荷谱，应用有限元原理，通过在ABAQUS中导入了刀片的有限元模型，利用载荷谱计算出刀片在实际工作中承受的应力和应变。其研究结果为联合仿真技术在农业机械中的实际应用提供了参考。 再次，进行滑切运动学仿真，在粉碎机模型建立后，需要的就是秸秆模型了。秸秆模型的建立方法有刚性梁法和柔性梁法。用柔性梁法建立秸秆作为粉碎机切割的工作对象，其与粉碎机上刀片的相互作用得出的仿真数据对粉碎机的运动、动力都有重要意义。为了提高粉碎机刀片的性能，需要得到刀具倾角与切割速度对切割力，切割功耗率的影响。最后，通过搭建秸秆粉碎机试验平台对制造的样机进行实验测试，测试粉碎效果。 并且对不合理的方面进行了改进后，进行田间试验。 【关键词】：秸秆 粉碎机 设计 联合仿真 有限元分析 试验平台
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S225.5
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 附图清单7-9
• 附表清单9-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 本课题的研究目的和意义10-11
• 1.2 秸秆还田技术的发展现状11-14
• 1.2.1 国外发展状况11-13
• 1.2.2 国内发展状况13-14
• 1.3 本课题的主要研究内容及技术路线14-17
• 2 秸秆粉碎机总体方案设计17-25
• 2.1 技术要求17
• 2.2 工作原理与整机设计17-23
• 2.2.1 工作原理及与皮带轮传动设计17-18
• 2.2.2 粉碎机与收割机的连接方式18-19
• 2.2.3 粉碎机刀片设计19
• 2.2.4 粉碎机刀架设计19-20
• 2.2.5 粉碎机辊轴动平衡20-21
• 2.2.6 粉碎机整体结构21-23
• 2.2.7 装配干涉检查23
• 2.3 配套动力计算23-24
• 2.4 粉碎机作业效果验证方法24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 基于联合仿真的秸秆粉碎机装置分析25-37
• 3.1 CATIA运动仿真(SIMDESIGNMOTION模块)简介25-26
• 3.1.1 运动仿真模块能执行的分析类型26
• 3.1.2 运动仿真建立方法26
• 3.2 ADAMS软件简介26-27
• 3.3 粉碎机动力学仿真27-31
• 3.3.1 通过SimDesigner模块转换该模型27
• 3.3.2 通过SimDesigner模块添加约束27-28
• 3.3.3 添加了约束的模型导入ADAMS软件28-29
• 3.3.4 导入ADAMS软件中的三维模型添加驱动29-30
• 3.3.5 在ADAMS软件中添加刀片柔性体30-31
• 3.4 切割阻力31
• 3.5 动力学仿真31-33
• 3.5.1 动刀片周期受力曲线31-32
• 3.5.2 利用运动仿真生成的载荷谱32-33
• 3.6 利用运动仿真生成的载荷谱进行有限元分析33-35
• 3.6.1 把刀片三维模型导入有限元分析软件ABAQUS33-34
• 3.6.2 柔性体刀片应力应变分析结果34-35
• 3.7 本章小结35-37
• 4 柔性秸秆的建模及仿真37-45
• 4.1 虚拟秸秆的建立方法37
• 4.2 ADAMS自动化柔性模块（AUTO/FLEX）简介37-39
• 4.3 利用柔体模块建立柔性秸秆模型的方法39-42
• 4.4 多段柔性体秸秆模型的建立及仿真42-44
• 4.5 本章小结44-45
• 5 实验45-52
• 5.1 试验目的、设备及功用45-49
• 5.2 场地实验49-50
• 5.3 本章小结50-52
• 6 总结与展望52-53
• 6.1 全文总结52
• 6.2 工作展望52-53
• 参考文献53-57
• 致谢57-58
• 个人简介58-59
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况59

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